Температура абсолютного нуля ((0\;K) или (-273.15\circ C)) изначально считалась нижней граничной точкой на шкале температур. Это состояние, в котором молекулы вещества занимают минимально возможное энергетическое положение и практически лишены движения.
Возможность температур ниже абсолютного нуля
Преодоление этой границы стало возможным благодаря развитию концепции отрицательных температур. Отрицательные температуры в термодинамическом смысле наблюдаются в системах с ограниченным числом энергетических уровней. В таких системах, при определённых условиях, можно создать состояния, где большее количество частиц оказывается на более высоких энергетических уровнях, чем на более низких. Это создает впечатление, будто энергия системы превышает её максимальное значение, при этом температуры, ниже абсолютного нуля, являются не более холодными, а, напротив, более горячими в контексте термодинамического равновесия.
Реализация
Первые эксперименты по достижению отрицательных температур проводились на системах ядерных спинов в магнитных полях. Такое состояние возможно благодаря перенаправлению спинов в противоположные направления, создавая распределение энергии нелинейное и неравновесное. При этом работает принцип инверсии популяции, который ранее применялся в лазерах.
Необходимо отметить, что переход в состояние с отрицательной температурой не противоречит законам физики, так как они не охватывают температурную шкалу. Отрицательные температуры появляются в системах, где взаимосвязи между частицами ограничивают возможности переходов.
Обратим внимание, что такие состояния не нарушают второй закон термодинамики, поскольку передача энергии происходит специфическим образом, не противоречащим утверждениям этого закона.
Категория: Физика
Теги: абсолютный ноль, термодинамика, физика, квантовая механика